CN103051292B - 射频发射机、其增益补偿电路及方法 - Google Patents

Abstract

一种增益补偿电路，用于根据温度升高补偿可变增益放大器的增益，其包括一用于生成一带隙基准电压的带隙基准电压生成模块；一用于生成一正温度系数电压的正温度系数电压生成模块，其将该正温度系数电压和该带隙基准电压相叠加得到一正温度系数的控制电压；以及一电压输出端，用于将该正温度系数的控制电压输出至该可变增益放大器，以使得可变增益放大器随着温度升高而按比例提高其增益。上述发明当温度升高时，该控制电压即实时调节可变增益放大器随温度升高而按比例提高其增益，以补偿发射机的输出功率，在上述温度升高过程中，发射机输出功率变化小于2dB，输出功率补偿效果好。本发明还涉及一种增益补偿的方法和射频发射机。

Description

射频发射机、其增益补偿电路及方法

技术领域

本发明涉及一种射频发射机、其增益补偿电路及方法。

背景技术

射频发射机内的部分电路是用于将从基带处理电路来的低频信号上变频到适合于在无线信道中传播的高频频段，并以一定的功率发射出去的作用。发射机发射信号的质量，将影响整个无线通信系统的性能。

发射信号质量好坏一般用误差向量幅度(EVM)来衡量，大多无线通讯系统对误差向量幅度(EVM)都有严格的要求，以满足系统的需要。影响误差向量幅度的因素有很多，包括本振信号相位噪声、发射信号线性度、发射机滤波器群延时(Group delay)以及载波抑制比等等。同时，发射信号功率随温度变化的大小也是一个重要的指标，在很多应用中，要求发射信号功率随温度变化(-40摄氏度到120摄氏度)要小于一定值。

目前，大多数射频发射机电路中采用给射频放大器与温度成正比的电流(PTAT)偏置的方法来补偿发射功率随温度的变化。这种方法补偿的功率较小，很多情况下不能满足要求，且输出功率补偿效果较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种射频发射机、其增益补偿电路及方法，其可更好的补偿射频发射机的输出功率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种增益补偿电路，用于根据温度升高补偿可变增益放大器的增益，其包括：

一带隙基准电压生成模块，用于生成一带隙基准电压；

一正温度系数电压生成模块，用于生成一正温度系数电压，并将该正温度系数电压和该带隙基准电压相叠加得到一正温度系数的控制电压；以及

一电压输出端，用于将该正温度系数的控制电压输出至该可变增益放大器，以使得可变增益放大器随着温度升高而按比例提高其增益。

该带隙基准电压生成模块包括第一至第五场效应管、第一至第五双极型三极管、第一和第二电阻，该正温度系数电压生成模块包括第六至第九场效应管、第六三极管、第三至第五电阻和缓冲器；第一至第七场效应管的漏极连接一电压源，第一场效应管的源极通过一电流源接地，第一场效应管的栅极连接其源极，还连接第二场效应管的栅极，第二场效应管的源极连接第一三极管的集电极和基极；第三场效应管的源极连接第二三级管的集电极，还连接第三场效应管的栅极以及第六场效应管的栅极，第三场效应管的栅极连接第四场效应管的栅极，第四场效应管的源极连接第五三极管的集电极；第五场效应管的栅极连接其源极，第五场效应管的源极连接第六三极管的集电极；第六场效应管的源极通过第五电阻连接第八场效应管的漏极，第六和第七场效应管的栅极相连接，第七场效应管的源极连接第九场效应管的漏极，第九场效应管的漏极还连接其栅极，第八和第九场效应管的源极均接地，第八和第九场效应管的栅极相连接；第一和第二三极管的基极相连接，第一三极管的发射极连接第三三极管的集电极，还连接第四三极管的基极，第二三极管的发射极连接第四三极管的集电极，还连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第四三极管的发射极通过第一电阻接地；第五三极管的发射极通过第二电阻接地，第五三极管的基极连接第六三级管的发射极，第五三极管的发射极通过第二电阻接地；第六三极管的基极连接第五三极管的集电极，第六三极管的发射极依次通过第三和第四电阻接地；缓冲器的输入端连接于第三和第四电阻之间，缓冲器的输出端连接第八场效应管的漏极；电压输出端连接于第五电阻和第六场效应管的源极之间，用于输出一控制电压至可变增益放大器。

本发明还采用了如下技术方案：

一种根据温度升高补偿可变增益放大器的增益的方法，其包括以下步骤：

产生一正温度系数电压和一带隙基准电压；

将第一正温度系数电压和带隙基准电压相叠加得到一正温度系数的控制电压；

输出该正温度系数的控制电压至放大器，以使得可变增益放大器随着温度升高而按比例提高其增益。

本发明还采用了如下技术方案：

一种射频发射机，其包括低通滤波器、混频器、可变增益放大器、功率放大器以及增益补偿电路；

一用于输入低频信号的输入端口依次通过低通滤波器、混频器、可变增益放大器和功率放大器连接一用于输出射频信号的输出端口，一用于输入本振信号的输入端口连接混频器，该增益补偿电路连接可变增益放大器；

该增益补偿电路包括：

一带隙基准电压生成模块，用于生成一带隙基准电压；

一正温度系数电压生成模块，用于生成一正温度系数电压，并将该正温度系数电压和该带隙基准电压相叠加得到一正温度系数的控制电压；以及

一电压输出端，用于将该正温度系数的控制电压输出至该可变增益放大器，以使得可变增益放大器随着温度升高而按比例提高其增益。

该带隙基准电压生成模块包括第一至第五场效应管、第一至第五双极型三极管、第一和第二电阻，该正温度系数电压生成模块包括第六至第九场效应管、第六三极管、第三至第五电阻和缓冲器；第一至第七场效应管的漏极连接一电压源，第一场效应管的源极通过一电流源接地，第一场效应管的栅极连接其源极，还连接第二场效应管的栅极，第二场效应管的源极连接第一三极管的集电极和基极；第三场效应管的源极连接第二三级管的集电极，还连接第三场效应管的栅极以及第六场效应管的栅极，第三场效应管的栅极连接第四场效应管的栅极，第四场效应管的源极连接第五三极管的集电极；第五场效应管的栅极连接其源极，第五场效应管的源极连接第六三极管的集电极；第六场效应管的源极通过第五电阻连接第八场效应管的漏极，第六和第七场效应管的栅极相连接，第七场效应管的源极连接第九场效应管的漏极，第九场效应管的漏极还连接其栅极，第八和第九场效应管的源极均接地，第八和第九场效应管的栅极相连接；第一和第二三极管的基极相连接，第一三极管的发射极连接第三三极管的集电极，还连接第四三极管的基极，第二三极管的发射极连接第四三极管的集电极，还连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第四三极管的发射极通过第一电阻接地；第五三极管的发射极通过第二电阻接地，第五三极管的基极连接第六三级管的发射极，第五三极管的发射极通过第二电阻接地；第六三极管的基极连接第五三极管的集电极，第六三极管的发射极依次通过第三和第四电阻接地；缓冲器的输入端连接于第三和第四电阻之间，缓冲器的输出端连接第八场效应管的漏极；电压输出端连接于第五电阻和第六场效应管的源极之间，用于输出一控制电压至可变增益放大器。

本发明的有益效果如下：

上述发明当温度从-40摄氏度升高至120摄氏度的过程，该控制电压即实时调节可变增益放大器随温度升高而按比例提高其增益，以补偿发射机的输出功率，在上述温度升高过程中，发射机输出功率变化小于2dB，输出功率补偿效果好。

附图说明

图1为本发明射频发射机的较佳实施方式的结构示意图。

图2为图1的射频发射机的增益补偿电路的电路图。

图3为本发明根据温度升高补偿可变增益放大器的增益的方法的较佳实施方式的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

请参见图1，本发明涉及一种射频发射机，其较佳实施方式包括低通滤波器10、混频器20、可变增益放大器30、功率放大器40和增益补偿电路50。

一用于输入低频信号的输入端口A依次通过低通滤波器10、混频器20、可变增益放大器30和功率放大器40连接一用于输出射频信号的输出端口C，一用于输入本振信号的输入端口连接混频器20，该增益补偿电路50连接可变增益放大器30。

该增益补偿电路50包括带隙基准电压生成模块、正温度系数电压生成模块和电压输出端。该带隙基准电压生成模块用于生成一带隙基准电压。该正温度系数电压生成模块用于生成一正温度系数电压，并将该正温度系数电压和该带隙基准电压相叠加得到一正温度系数的控制电压。电压输出端用于将该正温度系数的控制电压输出至该可变增益放大器，以使得可变增益放大器随着温度升高而按比例提高其增益。

请参见图2，该增益补偿电路50包括双极型三极管Q1至Q6，场效应管M1至M9，电阻R1至R5和缓冲器U1。其中，场效应管M1至M5、三极管Q1至Q5、电阻R1和R2构成上述的带隙基准电压生成模，场效应管M6至M9、三极管Q6、电阻R3至R5和缓冲器U1构成上述的正温度系数电压生成模块。

场效应管M1至M7的漏极均连接一电压源avdd，场效应管M1的源极通过电流源Ibias接地，场效应管M1的栅极连接其源极，还连接场效应管M2的栅极，场效应管M2的源极连接三极管Q1的集电极和基极。场效应管M3的源极连接三级管Q2的集电极，还连接场效应管M3的栅极以及场效应管M6的栅极，场效应管M3的栅极连接场效应管M4的栅极，场效应管M4的源极连接三极管Q5的集电极。场效应管M5的栅极连接其源极，场效应管M5的源极连接三极管Q6的集电极。场效应管M6的源极通过电阻R5连接场效应管M8的漏极，场效应管M6和M7的栅极相连接，场效应管M7的源极连接场效应管M9的漏极，场效应管M9的漏极还连接其栅极，场效应管M8和M9的源极均接地，场效应管M8和M9的栅极相连接。三极管Q1和Q2的基极相连接，三极管Q1的发射极连接三极管Q3的集电极，还连接三极管Q4的基极，三极管Q2的发射极连接三极管Q4的集电极，还连接三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q4的发射极通过电阻R1接地。三极管Q5的发射极通过电阻R2接地，三极管Q5的基极连接三级管Q6的发射极，三极管Q5的发射极通过电阻R2接地。三极管Q6的基极连接三极管Q5的集电极，三极管Q6的发射极依次通过电阻R3和R4接地。缓冲器U1的输入端连接于电阻R3和R4之间，缓冲器U1的输出端连接场效应管M8的漏极。电压输出端连接于电阻R5和场效应管M6的源极之间，用于输出一控制电压Vc至可变增益放大器30。

下面对本发明的增益补偿原理进行详细说明：

请继续参见图2，双极型三极管Q1、Q2、Q3和Q4的发射极面积之比为n:1:1:n(n为正整数)，再根据四者的电气连接关系可得到以下公式：

V_{be_Q1}+V_{be_Q4}+I₂R₁＝V_{be_Q2}+V_{be_Q3}其中，V_{be_Q1}为三极管Q1的基极和发射极之间的电压，V_{be_Q4}为三极管Q4的基极和发射极之间的电压，V_{be_Q2}为三极管Q2的基极和发射极之间的电压，V_{be_Q3}为三极管Q3的基极和发射极之间的电压，R₁为电阻R1的电阻值，I₂为流经电阻R1的电流。

由此可得到电流I₂为：

$\begin{array}{c}{I}_2=\frac{(V_{{\mathrm{be}}_{Q3}}-V_{{\mathrm{be}}_{Q1}})+\left(V_{{\mathrm{be}}_{Q2}-v_{{\mathrm{be}}_{Q4}}}\right)}{R_1}\\ -\frac{(V_T\ln \frac{I_1}{I_{S3}}-V_T\ln \frac{I_1}{I_{A1}})+(V_T\ln \frac{I_2}{I_{S2}}-V_T\ln \frac{I_2}{I_{S4}})}{R_1}\end{array}$

$-\frac{\left(V_T\ln \frac{I_{S1}}{I_{S3}}\right)+\left(V_T\ln \frac{I_{S4}}{I_{S2}}\right)}{R_1}$

其中V_T为温度的电压当量，k为波耳兹曼常数(1.38×10–23J/K)，T为热力学温度，q为电子电荷(1.6×10–19C)，Is为三极管的发射极饱和电流，它与发射极的面积成正比。

那么，电流I₂为与绝对温度成正比的电流，即PTAT电流。

进而可得到带隙基准电压V_bg为：

$V_{\mathrm{bg}}=V_{\mathrm{be}\_Q5}+\frac{2R_2}{R_1}\left(V_T\ln n\right)=V_T\ln \frac{I_5}{I_{S5}}+\frac{2R_2}{R_1}\left(V_T\ln n\right),$ 其中，V_{be_Q5}为三极管Q5的基极和发射极之间的电压，R₂为R2的电阻值。通过调整电阻值R₂和R₁的比例可使得V_bg成为零温度系数的电压。

电阻R3和R4对带隙基准电压V_bg进行分压得到电压V2，带隙基准电压V2通过缓冲器U1转换为电压V3(电压V3也为带隙基准电压)，控制电压Vc由电压V3和电阻R5的电压叠加而成，电阻R5的电压为I₃*R₅，其电压跟温度成正比，则可得：

$\begin{array}{c}{V}_c=(1+\frac{R_4}{R_3})V_{\mathrm{bg}}+I_3{R}_5=(1+\frac{R_4}{R_3})[V_{{\mathrm{be}}_{Q5}}+\frac{2R_2}{R_1}\left(V_T\ln n\right)]+I_3{R}_5\\ =(1+\frac{R_4}{R_3})[V_T\ln \frac{I_5}{I_{S5}}+\frac{2R_2}{R_1}\left(V_T\ln n\right)]+I_3{R}_5\end{array}$

可通过选择电阻R3、R4和R5的适当阻值，以得到一定斜率的正温度系数的控制电压Vc。

如此，当温度从-40摄氏度升高至120摄氏度的过程，该控制电压Vc即实时调节可变增益放大器30随温度升高而按比例提高其增益，以补偿发射机的输出功率，在上述温度升高过程中，发射机输出功率变化小于2dB，输出功率补偿效果好。

请参见图3，本发明还涉及一种根据温度升高补偿可变增益放大器的增益的方法，其包括以下步骤：

步骤S01：产生一正温度系数电压和一带隙基准电压；

步骤S02：将正温度系数电压和带隙基准电压相叠加得到一正温度系数的控制电压；

步骤S03：输出该正温度系数的控制电压至放大器，以使得可变增益放大器随着温度升高而按比例提高其增益。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种增益补偿电路，用于根据温度升高补偿可变增益放大器的增益，其特征在于：其包括：

一带隙基准电压生成模块，用于生成一带隙基准电压；

一正温度系数电压生成模块，用于生成一正温度系数电压，并将该正温度系数电压和该带隙基准电压相叠加得到一正温度系数的控制电压；以及

一电压输出端，用于将该正温度系数的控制电压输出至该可变增益放大器，以使得可变增益放大器随着温度升高而按比例提高其增益；

该带隙基准电压生成模块包括第一至第五场效应管、第一至第五双极型三极管、第一和第二电阻，该正温度系数电压生成模块包括第六至第九场效应管、第六三极管、第三至第五电阻和缓冲器；第一至第七场效应管的漏极连接一电压源，第一场效应管的源极通过一电流源接地，第一场效应管的栅极连接其源极，还连接第二场效应管的栅极，第二场效应管的源极连接第一三极管的集电极和基极；第三场效应管的源极连接第二三级管的集电极，还连接第三场效应管的栅极以及第六场效应管的栅极，第三场效应管的栅极连接第四场效应管的栅极，第四场效应管的源极连接第五三极管的集电极；第五场效应管的栅极连接其源极，第五场效应管的源极连接第六三极管的集电极；第六场效应管的源极通过第五电阻连接第八场效应管的漏极，第六和第七场效应管的栅极相连接，第七场效应管的源极连接第九场效应管的漏极，第九场效应管的漏极还连接其栅极，第八和第九场效应管的源极均接地，第八和第九场效应管的栅极相连接；第一和第二三极管的基极相连接，第一三极管的发射极连接第三三极管的集电极，还连接第四三极管的基极，第二三极管的发射极连接第四三极管的集电极，还连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第四三极管的发射极通过第一电阻接地；第五三极管的发射极通过第二电阻接地，第五三极管的基极连接第六三级管的发射极；第六三极管的基极连接第五三极管的集电极，第六三极管的发射极依次通过第三和第四电阻接地；缓冲器的输入端连接于第三和第四电阻之间，缓冲器的输出端连接第八场效应管的漏极；电压输出端连接于第五电阻和第六场效应管的源极之间，用于输出一控制电压至可变增益放大器。

2.一种射频发射机，其特征在于：其包括低通滤波器、混频器、可变增益放大器、功率放大器以及增益补偿电路；

一用于输入低频信号的输入端口依次通过低通滤波器、混频器、可变增益放大器和功率放大器连接一用于输出射频信号的输出端口，一用于输入本振信号的输入端口连接混频器，该增益补偿电路连接可变增益放大器；

该增益补偿电路包括：

一带隙基准电压生成模块，用于生成一带隙基准电压；

一正温度系数电压生成模块，用于生成一正温度系数电压，并将该正温度系数电压和该带隙基准电压相叠加得到一正温度系数的控制电压；以及

一电压输出端，用于将该正温度系数的控制电压输出至该可变增益放大器，以使得可变增益放大器随着温度升高而按比例提高其增益；

该带隙基准电压生成模块包括第一至第五场效应管、第一至第五双极型三极管、第一和第二电阻，该正温度系数电压生成模块包括第六至第九场效应管、第六三极管、第三至第五电阻和缓冲器；第一至第七场效应管的漏极连接一电压源，第一场效应管的源极通过一电流源接地，第一场效应管的栅极连接其源极，还连接第二场效应管的栅极，第二场效应管的源极连接第一三极管的集电极和基极；第三场效应管的源极连接第二三级管的集电极，还连接第三场效应管的栅极以及第六场效应管的栅极，第三场效应管的栅极连接第四场效应管的栅极，第四场效应管的源极连接第五三极管的集电极；第五场效应管的栅极连接其源极，第五场效应管的源极连接第六三极管的集电极；第六场效应管的源极通过第五电阻连接第八场效应管的漏极，第六和第七场效应管的栅极相连接，第七场效应管的源极连接第九场效应管的漏极，第九场效应管的漏极还连接其栅极，第八和第九场效应管的源极均接地，第八和第九场效应管的栅极相连接；第一和第二三极管的基极相连接，第一三极管的发射极连接第三三极管的集电极，还连接第四三极管的基极，第二三极管的发射极连接第四三极管的集电极，还连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第四三极管的发射极通过第一电阻接地；第五三极管的发射极通过第二电阻接地，第五三极管的基极连接第六三级管的发射极；第六三极管的基极连接第五三极管的集电极，第六三极管的发射极依次通过第三和第四电阻接地；缓冲器的输入端连接于第三和第四电阻之间，缓冲器的输出端连接第八场效应管的漏极；电压输出端连接于第五电阻和第六场效应管的源极之间，用于输出一控制电压至可变增益放大器。